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Composition du manteau et du noyau

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Objectif

Manteau profond et noyau sont situés dans des zones trop profondes pour que les roches qui les constituent soient accessibles directement et que leur composition chimique soit connue avec précision. Toutefois, cette composition peut être estimée par des méthodes physiques : étude de la vitesse de propagation des ondes sismiques et étude des météorites.
La composition chimique du manteau est-elle homogène, varie-t-elle avec la profondeur ?
Comment avoir accès à la composition du noyau ?

1. Composition du manteau profond

L'étude de la vitesse de propagation des ondes sismiques a permis de mettre en évidence différents points :
- absence de discontinuités majeures dans la structure du manteau ;
- hausse de la vitesse de propagation proportionnelle à l'augmentation de la profondeur.

Ce fait montre des changements dans la structure des minéraux du manteau (c'est-à-dire des péridotites et des pyroxènes). Il y a donc un changement de densité et non de composition. De plus, des expériences réalisées à température et pression élevées (conditions comparables à celles existant naturellement) sur des péridottites et pyroxènes ont permis de montrer que ces minéraux se modifient et deviennent plus compacts ; en conséquence seule la structure du réseau cristallin est modifiée. Donc la composition chimique des minéraux demeure inchangée.

Ainsi, il est supposé actuellement que la composition chimique du manteau profond est proche de celle du manteau supérieur, c'est-à-dire un mélange de péridotites, comme l'olivine, et de pyroxène.

2. Composition chimique du noyau

Elle est estimée très indirectement par comparaison de la composition de la « Terre totale » et celle du manteau.

Il faut tout d'abord se rappeler ici que la Terre primitive s'est formée par un phénomène d'accrétion. L'analyse de météorites, et plus particulièrement des chondrites, donne une idée de la composition de la Terre avant sa différenciation. En effet, les chondrites sont riches en fer (35,8 % sous forme d'oxyde de fer, FeO). Par ailleurs, on sait aujourd'hui que la croûte et le manteau supérieur n'en contiennent que très peu (6 % au niveau des péridotites), ce qui permet de suggérer que le fer, élément lourd, se retrouve principalement vers le centre de la Terre, au niveau du noyau.

De plus, on connaît les densités et masses respectives de chaque couche de la Terre. La masse de la croûte étant négligeable, on considère que la répartition des masses se fait de la façon suivante : 67 % dans le manteau et 33 % dans le noyau.

En tenant compte de tous ces éléments, à savoir de la teneur en fer des chondrites et du manteau, des densités et des masses des couches, les géophysiciens ont calculé la teneur en fer du noyau, à l'aide de calculs précis, et ont établi la composition du noyau par comparaison et déduction : ainsi, on considère actuellement que le noyau est essentiellement formé de fer et de nickel.

L'essentiel

La composition du manteau profond peut être estimée avec une assez bonne précision tandis que celle du noyau n'est accessible que par approche indirecte et déductions.
L'exploitation des phénomènes naturels permet de connaître la composition du manteau profond. En effet, la pénétration des ondes sismiques dans les couches inférieures suggère que la structure est homogène. Sous l'effet de la densité, les péridotites et les pyroxènes changent de structure cristalline sans modifications de leur composition chimique.

En revanche, la composition du noyau est supposée, d'après la comparaison avec les météorites et d'après des déductions. On considère actuellement que le noyau est essentiellement formé de fer et de nickel.